CN104701990B - 智能电表及智能发电控制系统 - Google Patents

Abstract

一种智能发电控制系统,包括智能电表和服务器，智能电表实时测量用户设备的用电量情况，并实时发送测量到的用电设备用电量数据；服务器在接收到智能电表所发送的用电量数据后，将该数据实时发送给与该智能电表相对应的电厂或自动发电调节设备AGC或能源管理系统EMS。

Description

智能电表及智能发电控制系统

技术领域

本发明涉及智能电表及智能发电控制系统。

背景技术

为了解决远程抄表、实时结算、同步调整、用电智能管理等问题，市场上已经推出一些智能电表，这些智能电表通过有线或者无线方式将电表的数据回传至控制中心，实现远程抄表和电表的控制功能。其中实现远程传输的方案有有线方案和无线方案两大类。

现在的智能电表数据传输链路仅能够满足电表数据采集，传输资源没有有效利用有一定的浪费，与此同时，除电表外的其他室内设备也有远程数据控制和采集的需求，现在的传输资源存在一定程度的浪费，不能得到有效的复用。

本发明利用电表供电数据实时采集发送方面的优势，提供电能的负荷变化数据的实时同步传输，为实现电网的发电同步调整调度提供解决方案，同时为室内的其他设备提供传输链路，实现通讯链路的复用，有效的降低了电网智能化的实施成本。

自动发电控制(AGC)是电网调度发电控制的一种重要手段,随着大电网的发展,AGC/EMS在电网调度运行中起到的作用越来越大。如何调整AGC/EMS控制策略,以适应智能电网发展要求,成为各级调度机构的一个难题。传统自动发电控制有以下不足：

(1)AGC控制目标单一,

(2)机组分组和分配策略简单

(3)调度计划偏离实际，属于被动调节

本发明分析了电网原有AGC控制策略存在的不足,结合智能电网发展要求,遵循分散区域分散目标的AGC智能控制策略。根据AGC控制原理、基本功能和控制方式，电网和特高压电网运行的特点,分析了传统AGC控制目标单一、控制模式简单,调整效果较差等不足。结合智能电网发展要求,就电网的超前同步控制、安全控制、水火协调等要求设计相关智能硬件和智能系统。发明了负荷端和发电端同步调节的方法和设备。

本发明的目的是：

提供一种智能电表以及智能发电控制系统，能够根据用电设备的实时用电情况实时控制电厂发电量；通过通信网络，可以实现负荷跃变信息的实时传送，和发电端形成同步调节，构成智能同步调节电网,通过电厂和用户的对应(发电端/负荷端)调节，实现电厂发电主动调节和电网稳定。

同时为用户提供网络接入功能，实现了网络复用，节约了建设成本。通过建立网络接入通道，可以很方便的为室内其他需要远程检测或者控制的设备，例如水表、煤气表、智能家居等，提供网络接入通道。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种智能发电控制系统,包括智能电表和服务器，其中：

智能电表实时测量用户设备的用电量情况，并实时发送测量到的用电设备的用电量数据；

服务器在接收到智能电表所发送的用电量数据后，将该数据实时发送给与该智能电表相对应的电厂或自动发电调节设备AGC或能源管理系统EMS。

如上所述的智能发电控制系统，其中：

该系统还包括电厂，电厂在接收到服务器发送的用电量数据后，根据该数据实时控制电厂发电量。

如上所述的智能发电控制系统，其中：

该系统还包括储能设备，当用电设备的用电量发生瞬时增加时，由储能设备向该用电设备提供瞬时增加的电能。

如上所述的智能发电控制系统，其中：

该系统还包括自动发电调节设备AGC或能源管理系统EMS，所述AGC或EMS在接收到服务器发送的用电量数据后，根据该数据实时控制电厂发电量。

如上所述的智能发电控制系统，其中：

服务器还提供用电策略管理，包括以下之一或其组合：

指令预定类型的电厂向相应的用电设备发电；

指令预定物理距离的电厂向相应的用电设备发电；

指令预定电厂在预定时段向相应的用电设备发电；

指令预定电价的电厂向相应的用电设备发电。

如上所述的智能发电控制系统，其中：

所述智能电表包括通信装置和电量测量装置；

电量测量装置用于对用电设备的用电量进行实时测量；

通信装置实时发送测量得到的用电设备的用电量数据。

如上所述的智能发电控制系统，其中：

所述智能电表还包括接入装置，为其他设备提供网络接入服务和路由服务。

如上所述的智能发电控制系统，其中：

所述智能电表定时将用电设备的累计用电量发送给服务器；

服务器对用电设备进行计费。

一种智能电表，包括通信装置和电量测量装置；其中：

电量测量装置用于对用电设备的用电量进行实时测量；

通信装置实时发送测量得到的用电设备的用电量数据。

如上所述的智能电表，其中：

该智能电表还包括接入装置，用于为其他设备提供网络接入和路由服务。

附图说明

图1为本发明智能发电控制系统示意图；

图2为本发明智能电表示意图；

图3为本发明服务器示意图；

具体实施方式

图1为本发明智能发电控制系统示意图。如图1所示，智能发电控制系统包括智能电表1和服务器2，进一步的该系统还可以包括电厂3、AGC设备(自动发电调节设备)/EMS系统(能源管理系统)4、储电设备5。

智能发电控制系统中，智能电表1实时测量用电设备6的用电情况。以用电设备6开始用电为例，当用电设备6开启，此时由于智能电表1处于实时工作状态，则该智能电表1能够实时采集到用电设备6的用电量情况，用电设备6用电量的采集是由智能电表1的电量测量装置完成的，电量测量装置对用电设备6的用电量实时进行采集测量，采集测量后的数据经过智能电表1的处理装置处理后由其通信装置进行发送，尤其是，将上述数据通过互联网7发送到服务器2。

服务器2在接收到智能电表1的通信装置所传输的用电设备的用电量数据后，根据预先设定/存储的智能电表1与电厂3或自动发电调节设备AGC或能源管理系统EMS的对应关系，将用电设备的用电量数据通过网络实时发送给与之相应的电厂或自动发电调节设备AGC或能源管理系统EMS。电厂3在接收2到服务器发送的用电量数据后，根据该数据实时控制电厂3的发电量，如实时增大或减少发电量，以与相应用电设备的实时用电量匹配。所述AGC/EMS4在接收到服务器发送的用电量数据后，根据该数据实时控制电厂3的发电量，如实时增大或减少发电量，以与相应用电设备的实时用电量匹配。所述AGC/EMS4可位于电厂3中也可以独立于电厂3而存在。

通过以上方式，可以实现实时、精确、准确调节电厂发电量。举例说明上述内容：用户安装了智能电表1，由于智能电表1具有唯一的标识符(该智能电表的标识符就可以代表特定的用户或用户设备)，如IP地址、MAC地址等，因此可以将智能电表1与预定的电厂3或AGC/EMS对应起来，并将该对应关系存储在数据库中(图中未示出，该数据库可位于服务器中也可以独立于服务器存在)，这样服务器2在接收到多块智能电表1发来的数据后，可以通过在数据库中的查询，获得相应数据应当发往的目的地地址，也即电厂或AGC/EMS的地址，并将数据发送到相应的目的地址。这种对应关系不是一成不变的，可以根据用户的需要随时设置。另外智能电表1发送的用电量数据中除了其自身标识符如IP地址外，还可以携带目的地地址，如电厂、AGC/EMS的地址，这样服务器在接收到该数据后可以通过解析目的地地址向该地址转发相应的数据，同时服务器还可以承担路由器的功能：判断从源到达目的地所经过的最佳路径，从而进行数据转发，以尽可能地提高网络访问速度。

表1为示意性的智能电表与电厂的对应关系，同样的对应关系可以应用于智能电表与AGC/EMS的对应。

智能电表	智能电表地址	电厂	电厂地址
				1	IP地址1	1	IP地址4
2	IP地址2	2	IP地址5
				3	IP地址3	3	IP地址6

表1

服务器2还可实施策略管理，可将该策略存储于数据库中，由服务器2根据数据库中的策略进行策略管理。该策略管理包括但不限于：指令预定类型电厂向相应的用电设备发电；指令预定物理距离的电厂向相应的用电设备发电；指令预定电厂在预定时段向相应的用电设备发电；指令预定电价的电厂向相应的用电设备发电。

表2为策略管理示意性说明

表2

可以通过但不限于以下的举例进一步说明本发明智能发电控制系统的工作过程，当用电设备6的用电量增加时，智能电表1实时检测到该情况，并将表示该用电量增加情况的数据发送到服务器2，服务器2在接收到数据后将数据实时发送给与该智能电表1对应的电厂3，电厂3接收到该数据后通过处理设备处理相关数据，当电厂3获知用电设备6正在增加用电量时，则相应增加发电量(如与用电增加量相同的发电量)，以实时满足用电设备6的用电需求。与之相反的是，如果用户减少用电量，智能电表1实时检测到该情况，并将表示该用电量减少情况的数据发送到服务器2，服务器2在接收到数据后将该数据实时发送给与该智能电表1对应的电厂3，电厂3在接收到数据后通过处理设备处理相关数据，当电厂3获知用电设备6正在减少用电量时，电厂3则相应减少发电量(如与用电减少量相同的发电量)，以实时满足用电设备6的用电需求。

而在具有AGC/EMS4的场合，以上方式仍然适用:当用电设备6的用电量增加时，智能电表1实时检测到该情况，并将表示该用电量增加情况的数据发送到服务器2，服务器2在接收到该数据后将该数据实时发送给与该智能电表1对应的AGC/EMS4，AGC/EMS4接收到该数据后实时处理相关数据，当AGC/EMS4获知用电设备6正在增加用电量时，则实时控制电厂3相应增加发电量(如与用电增加量相同的发电量)，以实时满足用电设备6的实时用电需求。与之相反的是，如果用户减少用电量，智能电表1实时检测到该情况，并将表示该用电量减少情况的数据发送到服务器2，服务器2在接收到数据后将该数据实时发送给与该智能电表1对应的AGC/EMS4，AGC/EMS4在接收到数据后实时处理相关数据，当AGC/EMS4获知用电设备6正在减少用电量时，则实时控制电厂3相应减少发电量(如与用电减少量相同的发电量)，以实时满足用电设备6的实时用电需求。

通过以上方式，电厂能够实时、直接地获得用户、用电设备的用电量信息，并根据该信息实时调节发电量，避免了传统AGC控制中，无法精确获得用电量以及无法精确调整发电量的问题，保证了电网负载平衡。

以上的用电设备6仅仅是为举例方便进行的一种简化表述，在实际供电系统中，电厂的用户数量很多，每个用户或多个用户形成的单元(如居民小区)的用电情况可以通过一块或者多块智能电表1实时监测，当电厂3接收到服务器2发来的所有或一部分智能电表1传输的表示实时用电量或实时用电量变化情况的数据时，由处理设备实时处理接收到的所有数据，统一进行发电量的实时调节。

可通过下例进行描述：三块智能电表在同一时间向同一电厂报告了A、B、C三个用户的实时用电量情况，如A用户用电量增加1000安培，B用户用电量增加2000安培，C用户用电量减少500安培，此时处理设备进行如下处理：需调节的发电量＝1000+2000-500＝2500安培。此时电厂3需要实时增加发电2500安培即可。

本领域技术人员对于多用户的用电量检测以及相应电厂发电量调节的方式可通过如上示例性的描述而清楚地获知。以上实施例中电厂3向用电设备6供电是通过电网8完成的。电网8可以作为本发明智能发电控制系统的一部分存在，也可以单独于该系统。

另外，由于智能电表1除了能够实时传输用电设备6的用电量数据给服务器2外，还可以累计用电设备的用电量，并定时将该累计用电量发送给服务器2，服务器2能够对其用电设备6的用电量进行精确的费用计算，从而为收费提供依据。

为确保电网瞬时负载的平衡，可在系统中设置储电设备5，当用户设备6突然增大用电负荷时，可由储电设备5向用户设备短时供电，以确保电网负载平衡。

以下，结合图2，对本发明智能电表进行说明。本发明智能电表1，包括通信装置9和电量测量装置10；其中：电量测量装置10用于对用电设备的用电量进行实时测量；通信装置9实时发送测量得到的用电量数据。该智能电表1还可包括接入装置11，用于为网络设备提供网络接入和路由服务。

通信装置9可选择光纤模块、WIFI模块、GSM模块、3G模块、4G模块、以太网模块等有线和无线模块，例如，本发明所描述的智能电表可通过光纤模块接入到网络，进行数据传输。光纤模块可采用XPON制式。

本发明智能电表1的一种具体实施方式如下：其中通信装置9是光纤模块，与网络侧的服务器通信，用于实时传输智能电表的数据；接入装置11是无线通信模块，具有天线等，用于为其他设备提供无线网络接入和路由等网络服务，以充分利用光纤的接入带宽，由此用户可经由智能电表远程控制其他用户设备，实现智能家居的控制；电量测量装置10实时测量用电设备的用电量，并实时提供用电量数据给通信装置9，通信装置9与网络侧的服务器通信，用于实时传输智能电表的数据；

以下，结合图3，对本发明服务器进行说明。本发明服务器2包括数据接收子系统12、数据库13、用户服务子系统14、系统管理子系统15和数据处理子系统16；其中：数据接收子系统12用于接收智能电表1发出的用户用电信息，进行持久化保存到数据库13，并向数据处理子系统16转发数据；数据库13用于保存用户用电信息、电表与电厂或AGC/EMS的映射关系、用户用电策略和电厂配置等信息；用户服务子系统14为智能电表用户提供个人用电情况查询和用电策略设定服务；系统管理子系统15给系统管理员和相关工作人员提供系统管理功能，包括但不限于用户管理、电表管理、电表与用户的绑定关系管理、电表与电厂、AGC/EMS的映射关系管理、电厂管理等；数据处理子系统16接收由数据接收子系统12发来的用户用电信息，结合用户用电策略进行计费计算并入库；结合用户用电策略、电表与电厂等的映射关系进行用电负荷计算，并将负荷变化信息发往相关电厂或AGC/EMS。

数据接收子系统12可采用MQTT中间件、TCP长连接、UDP短连接、HTTP RESTful接口等方式实现。可以按照地域进行分片管理，通过多个数据接收子系统进行分布式数据接收。

数据库13可以使用MySQL关系型数据库集群、MongoDB等NoSQL数据库集群，或者两者结合由NoSQL负责存储用电情况数据，由MySQL等关系数据库存储用户数据、绑定关系数据等配置数据。

用户服务子系统14可提供Web界面、移动端APP。

系统管理子系统15可提供基于Web的B/S系统和基于C/S的桌面管理系统。

数据处理子系统16可以采用大规模计算机集群架构，也可以采用Hadoop、Spark等大数据分布式计算架构。

本发明服务器2的一种具体实施方式如下：其中数据接收子系统12采用MQTT中间件从智能电表接收用户用电情况数据。接收子系统按照地域部署多个系统，多个接收子系统将数据汇总到数据库13和数据处理子系统16；其中数据库13采用MySQL关系型数据库集群；其中用户服务子系统14同时提供B/S架构的Web管理界面和移动端APP管理界面，最大程度的方便用户使用；其中系统管理子系统15提供基于B/S架构的Web管理界面；其中数据处理子系统16采用大规模计算机集群架构，并按照地域分片、分级处理数据，提高了数据处理效率和数据实时性。

通过本发明，能够实时监测用户、用电设备的用电量并实时控制、调节电厂发电量，满足了实时、精确发电、供电的需求。同时，还具有如下优点：克服了现有智能电表远程网络功能依赖于现有传输网络，可靠性差，网络资源浪费严重的缺点以及现在智能电表与其他智能化方案无法融合，重复建设严重，资源无法得到有效的整合的缺陷。本发明由于电表长期市电供电，解决了网络接入供电问题，使得项目实施更加方便。

本发明提出的智能发电控制系统通过智能电表向网络服务器提供电能的负荷变化，服务器采集并计算和分配负荷变化数据，向电网结算平台和EMS/AGC系统提供负荷调整数据，使得电网的发电调整从中心化的被动调整，转化为分布式的同步调整。

本发明提出的智能电表与网络接入合一的功能，有效的复用了传输网络，实现了远程抄表和上网的统一。

与现有的方法相比，本发明利用智能电表的光纤网络接入，同时为用户提供wifi接入功能，光纤网络实现了电力负荷跃变信号的高速稳定传输，光纤网络的复用，节约了建设成本。

本发明通过建立网络接入通道，可以很方便的为室内其他需要远程检测或者控制的设备，例如水表、煤气表，提供网络接入通道。发明由于电表长期市电供电，解决了网络接入供电问题，使得项目实施更加方便。

Claims (5)

1.一种智能发电控制系统,包括智能电表、服务器、电网和电厂，其中：

电厂通过电网向用电设备供电；

在所述智能发电控制系统中，智能电表处于实时工作状态，其实时测量用电设备的用电量情况，并实时发送测量到的用电设备的用电量数据；

服务器在接收到智能电表所发送的用电量数据后，将该数据实时发送给与该智能电表相对应的电厂或自动发电调节设备AGC或能源管理系统EMS，其特征在于：

所述智能电表包括通信装置和电量测量装置；

电量测量装置用于对用电设备的用电量进行实时测量；

通信装置实时发送测量得到的用电设备的用电量数据；

电厂在接收到服务器发送的用电量数据后，根据该数据实时控制电厂发电量，包括实时增大或减少发电量，以与相应用电设备的实时用电量匹配，或者

该系统还包括自动发电调节设备AGC或能源管理系统EMS，所述自动发电调节设备AGC或能源管理系统EMS在接收到服务器发送的用电量数据后，根据该数据实时控制电厂发电量，包括实时增大或减少发电量，以与相应用电设备的实时用电量匹配。

2.如权利要求1所述的智能发电控制系统，其中：

该系统还包括储能设备，当用电设备的用电量发生瞬时增加时，由储能设备向该用电设备提供瞬时增加的电能。

3.如权利要求1所述的智能发电控制系统，其中：

服务器还提供用电策略管理，包括以下之一或其组合：

指令预定类型的电厂向相应的用电设备发电；

指令预定物理距离的电厂向相应的用电设备发电；

指令预定电厂在预定时段向相应的用电设备发电；

指令预定电价的电厂向相应的用电设备发电。

4.如权利要求1所述的智能发电控制系统，其中：

所述智能电表还包括接入装置，为其他设备提供网络接入服务和路由服务。

5.如权利要求1所述的智能发电控制系统，其中：

所述智能电表定时将用电设备的累计用电量发送给服务器；

服务器对用电设备进行计费。